UVM入门与进阶学习笔记12——TLM2通信（2）

2023-09-28 19:07:10

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同步通信元件

  • SV用来做线程同步的几种元件，它们分别是semaphore、event、mailbox。
  • 在UVM中，需要同步线程不再只局限于同一个对象中，还需要解决不同组件之间的线程同步问题。
  • 一旦线程同步要求发生在不同组件，这就要求组件间可通过某种方法实现同步。
  • 考虑到UVM组件封闭性原则，最好不要通过层次索引的形式在组件中索引公共的event或者semaphore，UVM为了解决封闭性的问题，定义了如下的类满足组件之间的同步要求：
    • uvm_event、uvm_event_pool和uvm_event_callback
    • uvm_barrier、uvm_barrier_pool
  • 这两组类分别用于服务两个组件之间的同步和多个组件之间的同步。
  • 回调函数作为一种实现基类复用的手段，在UVM中也被进一步封装为一个类uvm_callback，不但具备普通回调函数可以在函数执行前后调用的特点，还增加了丰富的特性来完成层次化的调用。

uvm_event

uvm_event类相比于event：

  • event被->触发之后，会触发使用@等待该事件的对象，uvm_event通过trigger()触发，会触发使用wait_trigger()等待该事件的对象。
  • 如果要再次等待事件触发，event只需要再次使用->来触发，而uvm_event需要先通过reset()方法重置初始状态，再使用trigger()触发。
  • event无法携带更多信息，而uvm_event可通过trigger(T data=null)的可选参数，将伴随触发的数据对象都写入到该触发事件中，而等待该事件的对象可以通过方法wait_trigger_data(output T data)来获取事件触发时写入的数据对象。
  • event触发时无法直接触发回调函数，而uvm_event可通过add_callback(uvm_event_callback cb，bit append=1)函数添加回调函数。
  • event无法直接获取等待它的进程数目，而uvm_event可通过get_num_waiters()来获取等待它的进程数目。
  • 不同组件可以共享一个uvm_event，这不用通过跨层次传递uvm_event对象句柄实现共享，该共享方式通过uvm_event_pool（全局资源池）实现，它是uvm_object_string_pool #(T)的子类，可以生成和获取通过字符串索引的uvm_event对象；环境中的任何组件都可以从这个全局资源池获取共享的对象句柄，这就避免了组件之间的互相依赖。

uvm_event应用

class edata extends uvm_object;
	int data;
	`uvm_object_utils(edata)
	...
endclass
class ecb extends uvm_event_callback;
	`uvm_object_utils(ecb)
	...
	function bit pre_trigger(uvm_event e, uvm_object data=null);
		`uvm_info("EPRETRIG", $sformatf("before trigger event %s", e.get_name()), UVM_LOW)
		return 0;
	endfunction
	function void post_trigger(uvm_event e, uvm_object data=null);
		`uvm_info("EPOSTTRIG", $sformatf("after trigger event %s", e.get_name()), UVM_LOW)
	endfunction
endclass
class comp1 extends uvm_component;
	uvm_event e1;
	`uvm_component_utils(comp1)
	...
	function void build_phase(uvm_phase phase);
		super.build_phase(phase);
		e1 = uvm_event_pool::get_global("e1"); //notice
	endfunction
	task run_phase(uvm_phase phase);
		edata d = new();
		ecb cb = new();
		d.data = 100;
		#10ns;
		e1.add_callback(cb);
		e1.trigger(d);
		`uvm_info("ETRIG", $sformatf("trigger sync event at %t ps", $time), UVM_LOW)
	endtask
endclass
class comp2 extends uvm_component;
	uvm_event e1;
	`uvm_component_utils(comp2)
	...
	function void build_phase(uvm_phase phase);
		super.build_phase(phase)
		e1 = uvm_event_pool::get_global("e1"); //若没有e1会自动创建
	endfunction
	task run_phase(uvm_phase phase);
		uvm_object tmp;
		edata d;
		`uvm_info("ESYNC", $sformatf("wait sync event at %t ps", $time), UVM_LOW)
		e1.wait_trigger_data(tmp);  //等待触发同时等待数据
		void'($cast(d, tmp));  //父类转为子类
		`uvm_info("ESYNC", $sformatf("get data %0d after sync at %t ps", d.data, $time), UVM_LOW)
	endtask
endclass
class env1 extends uvm_env;
	comp1 c1;
	comp2 c2;
	`uvm_component_utils(env1)
	...
endclass
输出结果：
UVM_INFO @0: reporter [RNTST] Running test test1...
UVM INFO @0: uvm_test_top.env.c2 [ESYNC] wait sync event at 0 ps
UVM INFO @10000: reporter [EPRETRIG] before trigger event e1
UVM INFO @10000: reporter [EPOSTRIG] after trigger event e1
UVM INFO @10000: uvm_test_top.env.c1 [ETRIG] trigger sync event at 10000 ps
UVM INFO @10000: uvm_test_top.env.c2 [ESYNC] get data 100 after sync at 10000 ps
  • 组件c1和c2之间完成了从c1到c2的同步，而且在同步过程中通过uvm_event e1传递数据edata并调用回调函数类ecb的pre_trigger()和post_trigger()方法。
  • 无论有多少个组件，只要它们寻求同个名称的uvm_event，就可以共享该uvm_event对象。例如上面c1和c2通过uvm_event_pool::get_global("e1")获取同一个名称的uvm_event对象，即便该对象不存在，uvm_event_pool资源池也会在第一次调用get_global()函数时创建这样一个对象以供使用。
  • 如果要传递数据，用户可定义扩展于uvm_object的数据子类，并通过uvm_event: :trigger(T data =null)传递数据对象。而在等待uvm_event一侧的组件，则需要通过uvm_event: :wait_trigger_data(output T data)获取该对象。
  • 用户也可以扩展uvm_event_callback类，定义uvm_event被trigger前后的调用方法pre_trigger()和post_trigger()。pre_trigger()需要有返回值，如果返回值为1则表示uvm_event不会被trigger，也不会再执行post_trigger()方法；如果返回值为0，则会继续trigger该事件对象。
  • 如果用户无法确定在等待事件之前uvm_event是否已经被trigger，那么用户还可通过方法wait_ptrigger()和wait_ptrigger_data()完成等待。这样即便在调用事件等待方法之前该事件已经被触发，等待方法仍然不会被阻塞并且可以继续执行结束。

uvm_event总结

  • 组件之间的常规数据流向是通过TLM通信方法实现的，比如sequence与driver之间，或者monitor与scoreboard之间。
  • 有些时候数据传输是偶然触发的且需要立即响应，这时需要uvm_event。
  • uvm_event同时也解决了一个重要问题，即在一些uvm_object和uvm_component对象之间如果要发生同步但无法通过TLM完成数据传输，因为TLM传输必须是在组件和组件之间进行的。
  • 如果要在sequence与sequence之间进行同步，或sequence与driver之间进行同步，就可以使用uvm_event实现。

uvm_barrier

  • 在SV模块中，多个线程的同步除了可以通过semaphore和mailbox来进行，也可以通过fork_join的结构控制语句块来控制整体的运行节奏；然而对于UVM环境中的多个独立组件，SV的这些方法都受到了作用域的局限。
  • UVM提供一个新类uvm_barrier对多个组件进行同步协调，同时为了解决组件独立运作的封闭性需要，也定义了新类uvm_barrier_pool全局管理这些uvm_barrier对象。
  • uvm_barrier_pool同之前的uvm_event_pool一样，也是基于通用参数类uvm_object_string_pool来定义的。
typedef uvm_object_string_pool #(uvm_barrier) uvm_barrier_pool;
typedef uvm_object_string_pool #(uvm_event #(uvm_object)) uvm_event_pool;
  • uvm_barrier可以设置一定的等待阈值(threshold)，当有不少于该阈值的进程在等待该对象时才会触发该事件，同时激活所有正在等待的进程，使其可继续进行。

uvm_barrier应用

class comp1 extends uvm_component;
	uvm_barrier b1;
	`uvm_component_utils(comp1)
	...
	function void build_phase(uvm_phase phase);
		super.build_phase(phase);
		b1 = uvm_barrier_pool::get_global("b1");  //类似于uvm_event
	endfunction
	task run_phase(uvm_phase phase);
		#10ns;
		`uvm_info("BSYNC", $sformatf("c1 wait for b1 at %0t ps", $time), UVM_LOW)
		b1.wait_for();  //等待阈值满足则立即执行下一行
		`uvm_info("BSYNC", $sformatf("c1 is activated at %0t ps", $time), UVM_LOW)
	endtask
endclass
class comp2 extends uvm_component;
	uvm_barrier b1;
	`uvm_component_utils(comp2)
	...
	function void build_phase(uvm_phase phase);
		super.build_phase(phase);
		b1 = uvm_barrier_pool::get_global("b1");
	endfunction
	task run_phase(uvm_phase phase);
		#20ns;
		`uvm_info("BSYNC", $sformatf("c2 wait for b1 at %0t ps", $time), UVM_LOW)
		b1.wait_for();
		`uvm_info("BSYNC", $sformatf("c2 is activated at %0t ps", $time), UVM_LOW)
	endtask
endclass
class env1 extends uvm_env;
	comp1 c1;
	comp2 c2;
	uvm_barrier b1;
	`uvm_component_utils(env1)
	...
	function void build_phase(uvm_phase phase);
		super.build_phase(phase);
		c1 = comp1::type_id::create("c1", this);
		c2 = comp2::type_id::create("c2", this);	
		b1 = uvm_barrier_pool::get_global("b1");
	endfunction
	task run_phase(uvm_phase phase);
		b1.set_threshold(3); //设置等待阈值为3
		`uvm_info("BSYNC", $sformatf("env set b1 threshold %d at %0t ps", b1.get_threshold(), $time), UVM_LOW)
		#50ns;
		b1.set_threshold(2);
		`uvm_info("BSYNC", $sformatf("env set b1 threshold %d at %0t ps", b1.get_threshold(), $time), UVM_LOW)
	endtask
endclass
输出结果：
UVM_INFO @0: reporter [RNTST] Running test test..
UVM_INFO @0: uvm_test_top.env [BSYNC] env set b1 threshold 3 at 0ps
UVM_INFO @ 10000: uvm_test_top.env.c1 [BSYNC] c1 wait for b1 at 10000 ps
UVM_INFO @ 20000: uvm_test_top.env.c2 [BSYNC] c2 wait for b1 at 20000 ps
UVM_INFO @ 50000: uvm_test_top.env [BSYNC] env set b1 threshold 2 at 50000 ps
UVM_INFO @ 50000: uvm_test_top.env.c1 [BSYNC] c1 is activated at 50000 ps
UVM_INFO @ 50000: uvm_test_top.env.c2 [BSYNC] c2 is activated at 50000 ps
  • 从示例来看c1和c2的run_phase任务之间需要同步，而同步它们的元件则来自于顶层的一个uvm_barrier b1。
  • 由于c1、c2和env1都共享该对象，这使得c1和c2可通过wait_for()来等待激活，而env1可以设置阈值来调控什么时间来“开阀”。
  • 从仿真结果可以看到一开始阈值设置为3，但由于等待该barrier的进程只有2个，无法达到阈值条件，使得两个进程都无法激活。
  • 在env1将b1的阈值设置为2时，等待该barrier的两个进程都被激活。
  • 因此通过uvm_barrier::set_threshold()和uvm_barrier::wait_for()这样的方式，可以实现多个组件之间的同步，同时可以保持各个组件之间的独立性。

uvm_callback

  • 除了UVM提供新类方便组件之间的同步之外，另一种同步方式回调函数也方便类的封装复用。
  • 通常情况下得到一个封闭的包，其中的类如果有些成员方法需要修改，或者需要扩展新方法时，如果通过类的继承，又无法在该包环境中用新的子类替换原来的父类，那么此时可以使用UVM的覆盖机制。
  • 除了覆盖机制，还有callback也可以提供自定义的处理方法，这使得如果不需要添加新方法，而是想延展之前的方法，就无需通过继承类的方式，而只需通过在后期定义callback方法实现。
  • uvm_object本身提供了一些callback方法：
    • copy()/do_copy()
    • print()/do_print()
    • compare()/do_compare()
    • pack()/do_pack()
    • unpack()/do_unpack()
    • record()/do_record()
  • 默认情况下这些回调函数do_XXX是定义为空的。
  • 如果执行了uvm_object::copy()，那么在函数执行末尾会自动执行uvm_object::do_copy()；do_copy()是copy()的回调函数，uvm_object会在copy()的执行尾端勾住callback函数即do_copy()。
  • 如果自定义了这些回调函数，就可在对应函数执行结束后再执行扩展后的回调方法。
  • 通过这个新添加的类，使得函数回调有了顺序和继承性，关于顺序和继承性的实现，UVM是通过两个相关类uvm_callback_iter和uvm_callbacks #(T，CB)实现。

uvm_callback应用

class edata extends uvm_object;
	int data;
	`uvm_object_utils(edata)
	...
endclass
class cb1 extends uvm_callback;
	`uvm_object_utils(cb1)
	...
	virtual function void do_trans(edata d);
		d.data = 200;
		`uvm_info("CB", $sformatf("cb1 executed with data %0d", d.data), UVM_LOW)
	endfunction
endclass
class cb2 extends cb1;
	`uvm_object_utils(cb2)
	...
	function void do_trans(edata d); //这里不需要super，因为do_trans相当于override
		d.data = 300;
		`uvm_info("CB", $sformatf("cb2 executed with data %0d", d.data), UVM_LOW)
	endfunction
endclass
class comp1 extends uvm_component;
	`uvm_component_utils(comp1)
	`uvm_register_cb(comp1, cb1)  //comp1和cb1进行关联（注册/绑定）
	...
	task run_phase(uvm_phase phase);
		edata d = new();
		d.data = 100;
		`uvm_info("RUN", $sformatf("proceeding data %0d", d.data), UVM_LOW)
		`uvm_do_callbacks(comp1, cb1, do_trans(d)) //插入callback
	endtask
endclass
class env1 extends uvm_env;
	comp1 c1;
	cb1 m_cb1;
	cb2 m_cb2;
	`uvm_component_utils(env1)
	function new(string name, uvm_component parent);
		super.new(name, parent);
		m_cb1 = new("m_cb1");  //例化callback
		m_cb2 = new("m_cb2");
	endfunction
	function void build_phase(uvm_phase phase);
		super.build_phase(phase);
		c1 = comp1::type_id::create("c1", this);
		uvm_callbacks #(comp1)::add(c1, m_cb1);  //顶层添加callback
		uvm_callbacks #(comp1)::add(c1, m_cb2);
	endfunction
endclass
输出结果
UVM_INFO @0: reporter [RNTST] Running test test1...
UVM_INFO @0: uvm_test_top.erv.c1 [RUN] proceeding data 100
UVM_INFO @0: reporter [CB] cb1 executed with data 200
UVM_INFO @0: reporter [CB] cb2 executed with data 300

uvm_callback总结：

  • uvm_callback类使得钩子属性变得更加容易控制和继承，需要注意的是：
    • uvm_callback可通过继承的方式满足更多的定制，例如上面的cb2继承于cb1。
    • 为了保证调用uvm_callback的组件类型T与uvm_callback类型CB保持匹配，最好在T中声明T与CB的匹配，该声明可通过宏'uvm_register_cb(T，CB)实现。在用户养成注册的习惯之后，如果以后调用的T与CB不匹配，那么在检查完匹配注册表之后系统会打印warning信息，提示用户使用回调函数的潜在问题。
    • uvm_callback建立了回调函数执行的层次性，因此在实现方面不再是在T的方法中直接呼叫某个回调方法，而通过宏'uvm_callbacks #(T，CB，METHOD)实现。它最直观的作用在于会循环执行已经与该对象结对的uvm_callback类的方法。此外宏'uvm_do_callbacks_exit_on #(T，CB，METHOD，VAL)可以进一步控制执行回调函数的层次，回调函数会保持执行直到返回值与给入的VAL值相同才会返回，这一点使得回调方法在执行顺序上面有了更多的可控性。
    • 有了'uvm_do_callbacks 宏还不够，在执行回调方法时，依赖的是已经例化的uvm_callback对象，所以最后一步需要例化uvm_callback对象，上例分别例化了cb1和cb2，通过“结对子”的方式，通过uvm_callbacks #(T，CB)类的静态方法add()添加成对的uvm_object对象和uvm_callback对象。
  • 具体使用流程：继承uvm_callback并定义CB -> 使用uvm_register_cb以及uvm_do_callbacks绑定和插入CB对应的方法 - > 在顶层例化组件和CB，add()添加CB。
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